DE1605884A1

DE1605884A1 - Wand,insbesondere eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE1605884A1
Application number: DE1967A0055471
Authority: DE
Inventors: Deplante Paul Bordeau Cauderan
Original assignee: Avions Marcel Dassault Breguet Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1966-04-19
Filing date: 1967-04-17
Publication date: 1970-08-27
Also published as: FR1490522A; GB1172133A; US3509963A

Description

Wand _r insbesondere eines Fahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wand, insbesondere eines Fahrzeugs, die an einer ihrer Außenflächen eine Metalloder Kunststoffwandung trägt, und betrifft Maßnahmen zur Schalldämpfung und Schallisolierung, . .........

Bei Fahrzeugen mit Metall- oder Kunststoffkarosserie, z. B. von Luftfahrzeugen, Raumkabinen, Automobilen oder !Eisenbahnwagen, soll der Sehallpegel im Inneren des hiervon umschlossenen Raumes nicht allzu hoch ansteigen. Der Konstrukteur der Fahrzeugwände muß Sehallquellen, die im Inneren des Raumes liegen, und äußere Schallquellen berücksichtigen .und muß auch beachten, daß das durch die mechanischen Schwingungen der Außenverkleidung unmittelbar übertragene Geräusch zu schwächen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Wand mit möglichst guten schallschluckenden Eigenschaften zu schaffen, ohne hierfür ein übermäßiges Gewicht an schalldämpfenden Werkstoffen in Kauf nehmen zu müssen.

Die erfindungsgemäße Wand zeichnet sich dadurch aus, daß

sie zur Schalldämpfung mit, von' der Metall- oder Kunststoffwan-

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dung zur gegenüberliegenden Außenfläche in der folgenden Schichtreihenfolge angeordnet, einer gegebenenfalls mehrschichtig zusammengesetzten Lage aus einem porösen, die Impedanz adaptierenden akustischen Absorptionsmittel, dessen Qberflächendichte ■ mit zunehmender Tiefe zunimmt, einer Lage aus einem plastisch verformbaren Sperrwerkstoff und mit einer Lage aus einem nichtreflektierenden Absqptionsmittel versehen ist. ■. . ■

Der Erfindung liegt das physikalische Gesetz zugrunde, daß auf der Oberfläche der Emissionsseite (Außenseite) die Schallimpedanz derjenigen der Luft so ähnlich wie möglich sein soll; anderenfalls wäre der Aufbau "inpermeabel", d.h. vom Typ einer Membran und würde dem Gesetz der-Masse entsprechen:

Dämpfung - 20 log j~

LO= die Kreisfrequenz der Frequenz F m = die Masse des Werkstoffs
/o = die Lüftvolumenmasse und
ο = die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallschwingung in der Luft

Aus dieser Formel ist ersichtlich, daß eine Zunahme der Masse nur in Abhängigkeit von ihrem Logarithmus wirkt, so daß bei einer Schalldämpfung nur durch Erhöhung der Masse der Gewinn sehr klein ist. ..--'.

Dagegen kann bei der erfindungsgemäßen Wand die progressive Abbremserscheinung durch die Formel für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in einem Kapillarrohr beschrieben werden, nämlich

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V¹ » die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in einem

KapLlarrohr mit einem Radius a, V ■ die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in Luft, a « der Radius des Rohres,
u = der Viskositätskoeffizient, ρ * die Volumenmasse von Luft,
co « die Kreisfrequenz der-Frequenz F.

Diese Formel gilt nur dann, wenn die Frequenz nicht zu hoch ist.

Bei höheren Frequenzen und unter Berücksichtigung des Wärmeaustausches mit den Wänden ändert sich die vorstehende Formel in:

^ « das Verhältnis der spezifischen Wärmen von Luft bei einem Druck und bei einem Volumen ohne Veränderung.

Wenn a progressiv abnimmt, dann nimmt V¹ auf gleiche Weise ab; folglich müßte der theoretisch ideale Werkstoff von einer Vielzahl Kapillarkonen durchsetzt sein, deren einander tangierende Basen zur Schallquelle hin ausgerichtet sind.

Ein derartiger Aufbau mit progressiver Überflächendichte

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ermöglicht die Adaption der akustischen Impedanz am Eingang ohne Schockwirkung, wie sie einer Membran entsprechen würde.

Schließlich ist gemäß den Gesetzen des Flüssigkeitsabflusses in den Kapillarrohren eine progressive "Bremsung" aufgrund der Querschnittsverminderung vorhanden (Viskositätsphänomen) .

Die Dämpfung hängt folglich vor allem von der Viskosität und dem nicht umkehrbaren Energieaustausch zwischen der Luft und den Wänden ab (Umwandlung von mechanischer Energie in Wärmeenergie).

Vorzugsweise besteht die Lage aus dem die Impedanz adaptierenden Absorbierungsmittel aus mehreren aufeinandergelegten Materialschichten mit unterschiedlichen, homogenen Dichten, die derart angeordnet werden, daß die.Schicht mit der geringsten Dichte der Schallquelle am nächsten liegt. Diese Schichten können zweckmäßig aus einem Fasermaterial bestehen, insbesondere in Form mehrerer Glaswolepols-ter, wobei das der Außenwand am nächsten liegende Polster etwa 9,3 χ 10 Löcher pro Flächeneinheit einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,7 x 10~ hat, und das am weitesten innen liegende Polster im wesentlichen 8,4 χ 10 Löcher einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,18 χ 1O~⁷ hat.

Die Schallimpedanz nimmt also fortlaufend von der EmisskiE-

seite her, an der sie sehr niedrig ist, zur Innenseite hin zu, an der sie hoch ist und nahe derjenigen der Oberfläche des "Sperr"-Werkstoffs liegt; die Hestenergie der einfallenden WeI-:

len wird zum Großteil in Form von Wärme im Innern· dieses Materials absorbiert.

Bei festen Stoffen pflanzt sich der Schall durch elastische Verformungen fort; ein Merkmal der Erfindung besteht

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folglich darin, daß der-;unmittelbar hinter dem die Impedanz
adaptierenden Dämpfungskomplex angeordnete Sperrwerkstoff aus ; einem plastisch "verformbaren. Material, besteht, vorzugsweise aus einem plastifizierten Elastomer mit expansionsfähigen Mikrozel-r len. . . \ .

Nun können aber die inneren Verkleidungen der. z.B. Fahr-· zeugräume der Grund für Erhöhungen.des Pegels der inneren Ge- : rausche sein, die bis zu 10 dB reichen, weil ein komplexes
System stehender Wellen entsteht, das vom erhöhten..BeflexIons- \ vermögen dieser Verkleidungen herrührt. Zur vollständigeren
Schalldämpfung ist die Innenseite der Wand deshalb noch mit dem Absorptionsmittel versehen. Dieees hat vorzugsweise ein sehr
breites Wirkungsspektrum, jedoch mit einem besonders hohen Ko- ■ effizienten im Bereich der Sprechfrequenzen. Die lage aus'dem ^; Absorptionsmittel kann auf die Innenseite von Formplatten auf- · geklebt sein, die derart elastisch an den Aufbauten befestigt ? sind, daß die Befestigung, deren Eigenschwingungsdauer außerhalb des Hörbandes.liegt, diese Lage von den Schwingungen des : Aufbaus isoliert, ^! S

Zweckmäßig wird noch zwischen der Lage aus dem Sperrwerkstoff und der lage aus dem nichtreflektierenden Absorptionsmaterial eine sich entlang der ganzen Wand erstreckende Hai- . terungsplatte angeordnet..' Dies ist insbesondere dann vorteil- ." haft, wenn die lage aus dem Absorptionsmaterial, gegebenenfalls; einschließlich der Lage aus dem Sperrwerkstoff, als gemeinsamer' Komplex elastisch aufgehängt sind. Die Halterungsplatte gibt
dann den nötigen mechanischen Halt.

Zur inneren Verkleidung der Wand schließt sich" vorteil-, j hafterweise an die Lage aus nicht reflektierendem..-Absorptions- j material ein perforierter Dekorationswerkstoff an, der aufge-

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klebt sein kann, ohne die Oberflächenzellen zu verstopfen, so daß hierdurch alle Vorteile der Erfindung aufrechterhalten werden.

Bei den meisten Konstruktionen von Wänden mit einer Metall- oder Kunststoffwandung an mindestens einer Seite ist ein starres,-'zumeist metallenes Wandskelett vorgesehen, das die Metall- oder Kunststoffwandung trägt. Dieses Skelett- bildet an der Wandung'Zellen, und der Wandungsteil einer Zelle kann beispielsweise bei einem Fahrzeug durch die Wirbelabströmung der Außenluft, durch Schwingungen des Aufbaus und durch äußere Geräusche zum Schwingen angeregt werden. Die erfindungsgemäße Wand kann nun weiter so ausgestaltet werden, daß an der Innenseite der Wandung in jeder Zelle mindestens ein im Verhältnis zur Zellengröße kleiner Anguß aus einem Werkstoff befestigt ist, der in.dem Temperaturbereich' plastisch verformbar,ist, in dem die Schalldämpfung gefordert wird, also bei Fahrzeugen im Betriebstemperaturbereich eier Wand. Dieser Bereich kann beispielsweise bei Luftfahrzeugen und Baumkabinen bis einigen 10 unter 0° C liegen. Vorteilhafterweise wird als solcher Werkstoff ein viskoser Mastix aus der Gruppe der Polyolefinderi'vate, z-.'B. ein Gemisch aus Polyisobutylen und einem inerten Füllstoff, gewählt. Zweckmäßig ist jeder Anguß durch einen Klebemittelfilm geschützt, der ausreichend durchlöchert ist, um die Bildung von kleinen Bläschen durch Luft einschluss e und! Kondensation zu verhindern. Eine zweckmäßige Bemessung der Angüsse liegt beispielsweise vor, wenn bei Wandungsblechen einer Dicke von 6 bis 12/10 und Zellen einer Breite von 100/150 mm und einer Länge von 150/300 mm die Auslegungen der Angüsse 1/4 der Länge der Zelle und 1/3 der Breite-und die fünffache Dicke des Bleches betragen,

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Die Angüsse dämpfen jeweils die durch die Zelle hindurchtretenden Schallwellen.

Die Schalldämpfung insbesondere für höhere Frequenzen kann weiterhin dadurch verbessert sein, daß die Angüsse in Längsrichtung in Linien angeordnet sind. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, daß eine mechanische Schwingung, die an einem beliebigen Punkt des Aufbaus ihren Anfang nimmt und sieh über die gesamte Wandung fortpflanzt, hierbei die Wandungsteile aller Zellen erregt und durch deren Angüsse gedämpft wird. Das entstehende Tiefpaß-Filter hat eine Grenzfrequenz, über die hinaus somit die Schallwellenfortpflanzung im Aufbau sehr gedämpft ist, so daß die Schwingungsamplitude, für höhere Frequenzen schnell abnimmt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Flugzeugrumpfes, von innen gesehen, wobei der Dämpfungskomplex und die inneren Dekorationselemente weggelassen sind, und
Fig. 2 einen Schnitt durch die zusammengesetzte Wand gemäß der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht ein Flugzeugrumpf aus einer Außenwand 1, die im allgemeinen aus Metall gefertigt und auf einem Aufbau mit Gliederungen befestigt ist, die über die Innenseite dieser Wand hinausragen, z.B. Eckenpaare 2; diese Gliederungen unterteilen die Außenwand in eine bestimmte Anzahl gleicher oder ungleicher Zellen M, die in Längsstreifen nebeneinander angeordnet sind.

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Gemäß der Erfindung befestigt man in der Mitte jeder Zelle eine viskose Masse in Form eines Angusses 4, der durch ein durchlöchertes Klebeband 5 geschützt'ist. Bei Außenwand- j Blechen einer Dicke von 6 bis 12/10 und Zellen einer Breite von 100/150 mm und einer Länge von 150/300 mm betragen die Auslegungen der Angüsse ungefähr.1/4 der Zellenlänge, 1/3 der Zellenbreite und die fünffache Dicke des Bleches. Die Angüsse 4a, 4b, 4c usv/. ein und desselben Streifens (z.B. x-x) wirken gegenüber der Wand 1 als Tiefpaßfilter, dessen Grenzfrequenz durch die nachstehende Näherungsformel gegeben ist:

_Po ix ι- 12 EI

LMM + 33

I40m)

Der Wert für Fo muß so niedrig wie möglich sein, weil sich bei den unter Fo liegenden fortgepflanzten Frequenzen stehende Wellen bilden und eine mangelhafte Dämpfung der Lärmfortpflanzung des Wandauf baus vorhanden ist.

Jeder Anguß besteht aus einem Werkstoff, der bei den Temperaturen plastisch verformbar ist, die bei der Bewegung des Fahrzeugs erreicht werden, also bei den Luftfahrzeugen und iiaumkabinen Temperaturen, die bis auf mehrere zehn Grad unter 0 C abfallen können. Dieser Werkstoff kann vorzugsweise ein viskoser Mastix aus der Gruppe der Polyolefinderivate sein, beispielsweise ein Gemisch aus Polyisobutylen und einem inerten Füllstoff. ■

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ordnet man hinter der mit Angüssen Ά versehenen Wand 1 nacheinander eine Lage 6 aus einem die Impedanz adaptierenden Absorbierungswerkstoff, eine Sperrwerkstoff schicht 7, eine Halterungsplatte 8, die sich über

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die gesamte Innenseite des Fahrzeuges erstreckt, und zwei Schichten 9a-9c aus einem absorbierenden, antireflektierenden ; Werkstoff an, der mit einem durchlöcherten Dekorationswerkstoff,; z.B. einem Gewebe 11, überzogen ist.

Die Schicht aus dem die Impedanz adaptierenden Werkstoff , besteht aus drei Lagen Glasfasern; die Lage 6a hat· 9,3 χ 10 Löcher einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,7 x 10" , die .

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Lage 6b 1,16 χ 10 Löcher pro Flächeneinheit einer durehschnitt4

7 f\

liehen Oberfläche von 7,4 x 10" und die Lage 6c 8,4 χ 10 s Löcher pro Flächeneinheit .einer durchschnittlichen Oberfläche \

—7
von 1,18 χ 10 . Diese Werte sind statistisch und sind mit

Durchschnittswerten vergleichbar. ' -

Die Schicht 6c ragt beträchtlich über den Vorsprung des Ecks 2 hinaus und reicht grundsätzlich bis zum Sperr werkst off 7<"

Dieser Sperrwerkstoff ist ein plastiziertes Chlo.ropren-Elastomer mit kontrollierter Mikrozellenexpansion; es liegt ! über Stützen 3 aus antivibrierendem Werkstoff auf den Gliede- : rungen auf, z.B. den Eckenpaaren 2. Anschließend an diesen ! Sperrwerkstoff ist eine Halterungsplatte 8 angeordnet, die bei-? spielsweise aus einer "Balsa"-Sohicht besteht, die zwischen zwei Polyesterfilme eingebracht ist. Auf dieser Halterung liegt die Schicht aus nichtr©flektierendemWerkstoff auf| letztere | besteht einerseits aus einer Lage 9a aus Polyurethan-Schaum- I stoff (Dichte (40 kg/m ), das zu 5Of* von Hohlräumen 9b eines J Durchmessers von ca. 20 mm durchsetzt ist, und andererseits j aus einer weiteren Schicht 9c aus lochfreiem, elastischem | Schaumstoff, der folglich die Hohlräume 9b verschließt.

Um dem Ganzen ein ansprechendes Äußeres zu geben, bedeckt man es mit einem porösen Stoff, dessen feine:Durchlöcherungen unsichtbar sind, durch die jedoch die Schallwellen leich-; • : . --10-

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hindurchtreten und von den Polstern 9a und 9c absorbiert werden können.

Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So kann.beispielsweise die Erfindung mit dem Gegenstand des französischen Patentes 1 368 974 der Fa. GENERAL AERONAUTIQUE MARCEL DASSAULT, eingereicht am 28. Juni 1963, kombiniert werden, um den Restpegel der tiefen Töne abzuschwächen. Der Resonator gemäß diesem Patent ist auf die Grundfrequenzen der Düsenantriebe und des Rumpfes abgestimmt (Frequenzen unter 200 Hz).

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Claims

.Patentansprüche:.

1. Wand, insbesondere eines Fahrzeugs, die an einer ihrer Außenflächen eine Metal-1- oder Kunststoffwandung tragt, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Schalldämpfung mit, von der Metalloder Kunst stoff wandung (Ί) zur gegenüberliegenden Außenfläche in der folgenden Sehichtr-eihenfolge angeordnet, einer gegebenenfalls mehrschichtig zusammengesetzten Lage (6a, 6b, 6c) aus einem porösen, die Impedanz adaptierenden akustischen Absorptionsmittel, dessen Oberflächendichte mit zunehmender Tiefe zunimmt, einer Lage (7) aus einem plastisch verformbaren Sperrwerkstoff und mit einer Lage (9a, 9b, 9c) aus einem nlehtreflektierenden Absorptionsmittel versehen ist.

2. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lage (7) aus Sperrwerkstoff und der Lage (9a, 9b, 9c) aus nichtreflektierendem Absorptionsmittel noch eine sich entlang der ganzen Wand erstreckende Halterungsplatte angeordnet ist.

J5. Wand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Lage (9a, 9b, 9c) aus nichtreflektierendem Absorptionsmaterial als Verkleidung dieser AuBenfläche ein perforierter Dekorationswerkstoff (1) anschließt.

4. Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Metall- oder Kunststoffwandung zwischen dieser und der Lage (6a, 6b, 6c) des die Impedanz adaptierenden Absorptionsmittels in durch ein starres Wandskelett (2), das die Metall- oder Kunststoffwandung (1) trägt, an dieser Innenseite gebildeten Zellen (M) je mindestens : ein im Verhältnis zur Zellengröße kleiner Anguß (4) aus einem < Werkstoff befestigt ist, der in dem Temperaturbereich plastisch _r

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verformbar ist, in dem die Schalldämpfung gefordert wird.

5. Wand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Angüsse (4) aus einem viskosen Maitix der Gruppe der PoIyolefinderivate bestehen.

6. Wand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mastix ein Gemisch aus Polyisobutylen und einem inerten Füllstoff ist.

7. Wand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anguß (4) zu seinem Schutz teilweise von einem Klebefilni (5) überdeckt ist.

8. Wand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebefilm (5) Durchlöcherungen aufweist.

9. Wand nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wandungsblechen einer Dicke von 6 bis· 12/10 und Zellen einer Breite von 100/150 mm und einer Länge von 150/ 300 mm die Auslegungen der Angüsse (4) 1/4 der Länge der Zelle und 1/3 der Breite und die fünffache Dicke des Bleches betragen.

10. Wand nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Angüsse (4) in Längsrichtung in Linien angeordnet sind.

11. Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (6a, 6b, 6c) aus dem die Impedanz adap* tierenden Absorptionsmittel aus mehreren aufeinanderliegenden

Materialschichten mit unterschiedlichen homogenen Dichten besteht, von denen die Schicht (6c) mit der geringsten Dichte der . Schallwelle am nächsten liegt.

12. Wand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtmaterialien Faserwerkstoffe sind.

13. Wand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Lage durch Aufeinanderlegen mehrerer Glaswollenpolster gebildet wird, wobei das der Außenwand am nächsten liegende PoI-

ster ungefähr 9,3 x 10 Löcher pro Flächeneinheit einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,7 x 1O~ hat, und das am weitesten innen liegende Polster ca. 8,4 χ 10 Löcher einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,18 χ 10 .

14. Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge- ; kennzeichnet, daß der Sperrwerkstoff (7) ein plastifiziertes ! Elastomer mit Mikrozellenexpansion ist.

15. Wand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß j die Halterungsplatte (8) aus einem agglomerierten Werkstoff vom/ Typ "Balsa" besteht, der beidseitig mit einem Polyesterfilm verkleidet ist. !

16. Wand nach Anspruch 2 oder 15, dadurch gekennzeichnet] daß die Lage (9a, 9b, 9c) aus dem nichtreflektierenden Absorp- ; tionsmittel aus zwei aufeinanderliegenden Schichten besteht, von denen die eine an der Halterungsplatte (8) anliegt und eine Mehrzahl von Kammern (9b) aufweist, während die andere (9c) durchgehend ist und die Kammern zu dieser Wandfläche zu verschließt.

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